Рекуперативное торможение

Тормозные режимы ДПТ НВ

Лекция 9

Торможение – это принудительный переходный режим, предназначенный для частичной или полной остановки двигателя. При полной остановке угловая скорость двигателя изменяется от ω=ω_НОМ до ω=0.

Различают механические и электрические способы торможения. Механические способы торможения основаны на использовании различных фрикционных устройств. Электрические способы связаны с созданием электромагнитного момента, направление которого противоположно направлению скорости вращения. В этом случае электромагнитный момент будет называться тормозным,то есть М=М_Т.

Существуют три электрических способа торможения:

1) рекуперативное торможение;

2) торможение противовключением;

3) динамическое торможение.

Основным признаком рекуперативного торможения является соотношение ω >ω₀.

Для рассмотрения физических процессов, происходящих при рекуперативном торможении, проанализируем следующий пример.

Пример. Пусть ДПТ НВ, работающий в режиме подъема груза, приводит во вращение шкив (рисунок 2.13). При этом двигатель работает в двигательном режиме, создает вращающий электромагнитный момент М=кФI и при этом в обмотке якоря наводится ЭДС, равная Е=кФω.

Рисунок 2.13 – Привод грузоподъемного механизма

Рабочий механизм (шкив) с двумя грузами G₁ и G₂ создает статический момент сопротивления пропорциональный разности:

.

В статическом режиме, когда М=М_С, двигатель вращается со скоростью ω=ω_НОМ. Графически этот процесс можно представить в виде точки, находящейся на естественной механической характеристике, соответствующей ω=ω_НОМ (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 – Механические характеристики ДПТ НВ при переходе в рекуперативный режим

Предположим, что груз G₂ увеличивается. При этом статический момент сопротивления М_С уменьшается, двигатель ускоряется и при некотором значении G₂= G₁ статический момент сопротивления становится равным нулю и при этом угловая скорость вращения ω=ω₀. При дальнейшем увеличении груза G₂ статический момент сопротивления М_С изменяет свое направление и становится направленным соответственно электромагнитному моменту М, в результате чего угловая скорость вращения ω>ω₀. При этом ЭДС Е=кФω становится по отношению к напряжению U=кФω₀:

.

Тогда ток в цепи якоря, равный

становится отрицательным и при этом электромагнитный момент, равный

также становится отрицательным, а по отношению к вращению является тормозным.

При этом рабочая точка механической характеристики переходит во второй квадрант координатной плоскости (рисунок 2.14, т.b).

Если после этого не менять соотношение G₁ и G₂, то под действием отрицательного момента двигатель будет тормозиться, и рабочая точка вновь перейдет из т. b в т. a (рисунок 2.14). При этом уравнение механической характеристики будет иметь следующий вид

(2.27)

Уравнение (2.27) представляет собой уравнение механической характеристики при рекуперативном торможении.

Рассмотрим энергетические процессы при рекуперативном торможении. Для этого запишем уравнение равновесия цепи якоря ДПТ:

. (2.28)

Умножим обе части уравнения (2.28) на ток цепи якоря I и получим

,

где UI – электрическая мощность, потребляемая двигателем из сети;

EI – электромагнитная мощность, которую с учетом пренебрежения потерями в стали можно приравнять к механической, то есть EI=Mω;

RI² – мощность рассеяния (потери мощности в двигателе), которая физически выражается в нагреве двигателя.

Так как ток в цепи якоря отрицательный, то уравнение энергетического баланса при рекуперативном торможении имеет вид

(2.29)

Это значит, что кинетическая энергия, численно равная E(-I) и направленная от механизма к двигателю, преобразуется в электрическую энергию U(-I), направленную от двигателя к источнику питания.

Из соотношения (2.29) вытекает важное преимущество рекуперативного торможения – это его высокая энергетическая эффективность.

Недостатком является то, что этот способ обладает ограниченной областью применения и может быть использован только в грузоподъемных механизмах для обеспечения плавности процесса подъема и спуска груза.

Практическая реализация рекуперативного торможения с целью торможения до полной остановки может быть осуществлена посредством снижения напряжения, подводимого к якорю. При этом первоначальный скачок изменения напряжения должен быть достаточно большим, чтобы рабочая точка т. а переместилась во второй квадрант координатной плоскости т. b (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Реализация рекуперативного торможения посредством снижения напряжения, подводимого к якорю.

Для того чтобы снизить скорость до полной остановки, последовательно снижают напряжение. При этом скачки снижения напряжения должны быть такими, чтобы рабочая точка не выходила за пределы второго квадранта координатной плоскости.

Управление рекуперативным торможением до полной остановки двигателя представляет сложную задачу. Поэтому рекуперативное торможение чаще используют для частичного снижения скорости вращения.

Дата добавления: 2014-01-15